薛剑峰,等:电泳沉积制备氮化铝陶瓷的研究 1153 22PAA的影响 添加合适的有机分散剂可使悬浮液粘度达到最 低,从而获得高的电泳迁移率,有利于电泳沉积的进 行.图3示出了同一pH值下悬浮液粘度随PAA加 入量的变化关系固含量60w%,剪切速率100s) 800 该图可分为三个区域,在,PAA的微量增加使悬 浮液的流变性显著变好.这归因于PAA吸附在AN 粉体颗粒表面使其带电性和位阻效应增加,悬浮特 三三 性改善.在I区,随PAA量增加浆料粘度变化不大 粘度在添加量为Qwt时有一最小值.这可能是 10152025303540 AN吸附PAA的饱和区,即PAA覆盖了AN粉体颗 Time/min 粒表面,但溶液中无游离PAA存在.PAA的高分子图4沉积电压和沉积时间对电泳沉积的影响 链可充分伸展但相互之间不连接,位阻和静电排斥Fg4 W eight per aera as a functon of depositon tme under dif- 作用达到最大.在Ⅲ区,随PAA含量的增加浆料粘 ferent app lied voltages 度急剧上升这可归因于当PAA在AN表面吸附饱无法在缺乏自由离子的悬浮清液内进行的.随着 和后又增加PAA,则PAA不能吸附到颗粒表面而是 沉积进行,沉积层厚度增加,当悬浮液全部转变为悬 残留在溶液中,这些溶液中的PAA在吸附PAA的 AN颗粒之间靠高分子链的相接而引起颗粒聚沉,严 浮清液,电泳沉积就不再继续.因此,对于非水基电 重影响AN悬浮液的稳定性.因此,PA的最佳添泳沉积都存在时间点cu,EFD在之前结束 加量为0lwt% 24预烧体的孔径分布 23沉积电压和沉积时间对电泳沉积的影响 图5是三种不同成型方法所得预烧体的孔径分 图4给出了单位面积沉积量随沉积时间及沉积布图.从图中可以看出,孔径基本分布在01 电压的变化规律固含量60%).在不同沉积电压03m间.CP法和EPD法制得的样品基本没有大 下,单位面积沉积量都随沉积时间显著增大,直至极孔,浆料浇注的有大孔存在,分布在03~1um 大值1650mg/am2.然而,随着沉积电压从30v增加大孔产生的原因或许是浇模时混有空气,在制品内 到100V,获得沉积量极大值所需的时间从30mn减部形成气孔,而残留在素坯内的气泡有可能无法通 小至10mn以30V沉积电压为例,需要30mm达到过烧结排出,影响产品性能.从图中还可以看出,干 沉积量极大值,在随后的沉积时间内(~5mn),沉积压预烧体的孔容最高,浆料浇注的孔容其次,EFD的 量不再增加.这是因为电泳沉积过程中,电流是靠自孔容最小.相应的气孔率同样是EP最低,相对密 由离子迁移实现的.当EP开始后,自由离子首先度较高的素坯经烧结后测得热导率较高.因此,有望 在电极附近聚集,失去自由离子的那部分悬浮液通过EPD法制备颗粒堆积均匀的高致密度氮化铝素 转变为离子浓度非常低的悬浮清液,而电泳沉积是坯,从而获得高品质的氮化铝陶瓷 0.1 0.000.050.100.150.200.250.30 图5三种不同成型方法所得预烧体的孔径分布图 图3PAA添加量对AN悬浮液粘度的影响 Fig 5 Pore size distrbution of an samp les by different shap ing Fig 3 Variaton of the viscosity with dispersant concentraton methods 201904-2010ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net第 6期 薛剑峰 ,等 :电泳沉积制备氮化铝陶瓷的研究 2. 2 PAA的影响 添加合适的有机分散剂可使悬浮液粘度达到最 低 , 从而获得高的电泳迁移率 , 有利于电泳沉积的进 行. 图 3示出了同一 pH值下悬浮液粘度随 PAA 加 入量的变化关系 (固含量 60wt% , 剪切速率 100 s - 1 ). 该图可分为三个区域 , 在 I区 , PAA的微量增加使悬 浮液的流变性显著变好. 这归因于 PAA吸附在 A lN 粉体颗粒表面使其带电性和位阻效应增加 , 悬浮特 性改善. 在 Ⅱ区 , 随 PAA量增加浆料粘度变化不大 , 粘度在添加量为 0. 1wt%时有一最小值. 这可能是 A lN吸附 PAA的饱和区 , 即 PAA覆盖了 A lN粉体颗 粒表面 ,但溶液中无游离 PAA 存在. PAA 的高分子 链可充分伸展但相互之间不连接 , 位阻和静电排斥 作用达到最大. 在 Ⅲ区 , 随 PAA含量的增加浆料粘 度急剧上升. 这可归因于当 PAA在 A lN表面吸附饱 和后又增加 PAA, 则 PAA不能吸附到颗粒表面而是 残留在溶液中 , 这些溶液中的 PAA 在吸附 PAA 的 A lN颗粒之间靠高分子链的相接而引起颗粒聚沉 , 严 重影响 A lN 悬浮液的稳定性. 因此 , PAA 的最佳添 加量为 0. 1wt%. 2. 3 沉积电压和沉积时间对电泳沉积的影响 图 4给出了单位面积沉积量随沉积时间及沉积 电压的变化规律 (固含量 60wt% ). 在不同沉积电压 下 , 单位面积沉积量都随沉积时间显著增大 , 直至极 大值 1650mg/ cm 2 . 然而 , 随着沉积电压从 30V增加 到 100V, 获得沉积量极大值所需的时间从 30m in减 小至 10m in. 以 30V沉积电压为例 , 需要 30m in达到 沉积量极大值 , 在随后的沉积时间内 (～5m in) , 沉积 量不再增加. 这是因为电泳沉积过程中 , 电流是靠自 由离子迁移实现的. 当 EPD开始后 , 自由离子首先 在电极附近聚集 , 失去自由离子的那部分悬浮液 转变为离子浓度非常低的悬浮清液 ,而电泳沉积是 图 3 PAA添加量对 A lN悬浮液粘度的影响 Fig. 3 Variation of the viscosity with dispersant concentration 图 4 沉积电压和沉积时间对电泳沉积的影响 Fig. 4 W eight per aera as a function of deposition time under dif2 ferent app lied voltages 无法在缺乏自由离子的悬浮清液内进行的 [ 3 ] . 随着 沉积进行 , 沉积层厚度增加 , 当悬浮液全部转变为悬 浮清液 , 电泳沉积就不再继续. 因此 , 对于非水基电 泳沉积都存在时间点 tend , EPD在 tend之前结束. 2. 4 预烧体的孔径分布 图 5是三种不同成型方法所得预烧体的孔径分 布图. 从图中可以看出 , 孔径基本分布在 0. 1 ～ 0. 3μm区间. C IP法和 EPD法制得的样品基本没有大 孔 , 浆料浇注的有大孔存在 , 分布在 0. 3～1. 0μm. 大孔产生的原因或许是浇模时混有空气 , 在制品内 部形成气孔 , 而残留在素坯内的气泡有可能无法通 过烧结排出 , 影响产品性能. 从图中还可以看出 , 干 压预烧体的孔容最高 , 浆料浇注的孔容其次 , EPD的 孔容最小. 相应的 ,气孔率同样是 EPD最低 , 相对密 度较高的素坯经烧结后测得热导率较高. 因此 , 有望 通过 EPD法制备颗粒堆积均匀的高致密度氮化铝素 坯 , 从而获得高品质的氮化铝陶瓷. 图 5 三种不同成型方法所得预烧体的孔径分布图 Fig. 5 Pore size distribution of A lN samp les by different shap ing methods 1153